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入試で狙われそうな今月の理科時事問題(人工流れ星衛星、自己修復ゴム、マイクロプラスティック)

今月は、“人工流れ星衛星”と“自己修復ゴム”そして“マイクロプラスティック”について取り上げてみましょう。

<人工流れ星衛星>

1月18日、7つの小型衛星を搭載した宇宙航空研究開発機構JAXAの固体燃料ロケット「イプシロン」4号機が鹿児島県内之浦から打ち上げられました。一番大きな衛星は縦横高さおよそ1m、重さ200kgの小型衛星で新型太陽電池の実験や、対象の物を識別して必要な画像を地上に送ってくる“人工知能AI搭載カメラ”などの実験を行います。
 他の6基の衛星はいずれも超小型衛星で、東京工業大学などが開発した衛星は、縦横10cm、高さ34cm、重さ4kg。1平方mの薄い膜が折り紙のように折り畳まれ、太陽電池やアンテナを宇宙空間で展開する実証実験が行われます。
 その内の一つが人工流れ星を作る衛星で、東京の「エール」というベンチャー企業が開発した縦横60cm、高さ80cm、重さ68kgの超小型衛星で、夜空に人工的に流れ星を作り出す約1cmの特殊な球を400個搭載しているのだそうです。

『流れ星って何?』

地球に落ちてくる小天体は大小いろいろあります。火星と木星の間を回っている小惑星帯が起源と言われている隕石は、約6600万年前に恐竜を絶滅させた隕石のように、直径が10~20kmと言われている巨大なものもありますが、夜空に閃光(せんこう)を発生させる「火球(かきゅう)」と呼ばれる流れ星の一種の隕石のように年に数千個も降ってきています。-4等程度より明るい流星のことを火球と呼ぶことが多いようです。2013年2月15日現地時間午前9時ロシアに落下した火球(隕石)は強い閃光を放ち衝撃波による被害を与え、煙の尾を曵(ひ)きながら落下する様子が放送されました。発表の機関で諸説ありますが、大きさが数mから15m程度、重さ10t程度の隕石だったようです。
皆さんが良く見る流れ星は太陽を回っている彗星の尾の軌道を地球が通った時に見られるものです。太陽のエネルギーで彗星の核から放り出された“ちり”の内、粒が大きいので彗星の軌道上に残ったもの なのです。大きさは0.1mm以下のごく小さな“ちり”から、数cm以上ある小石のようなものまで様々な大きさがあります。皆さんの想像したものよりはるかに小さかったのではないでしょうか。
 「三大流星群」と呼ばれている「しぶんぎ座流星群」、「ペルセウス座流星群」、「ふたご座流星群」。この他にも「しし座流星群」「水がめ座流星群」などがあります。いずれも彗星軌道を地球が通過した時に流れ星が来る方向にある星座の名前を使っています。

『人工の流れ星の正体は?』

この衛星は高度390kmを秒速8kmで周回しています。その衛星から打ち出された球は地上60kmから80kmの高度で3秒から10秒間光ります。その高度は、地表から7kmから19km(緯度により異なる)の間にある対流圏、その上50kmまでの成層圏より更に上空の中間圏と呼ばれる範囲なのです。
 明るさは-1等級程度で、最も明るい恒星シリウスと同じ程度に様々な色で光ると言われています。残念なことに世界初の人工流れ星のショーは来年2020年の春に瀬戸内地域で観測できるそうなので、関東地方に住んでいる私達は旅行に出かけないと無理なようです。近い将来、色々なイベントでこの流れ星のショーが見られるように願いましょうか。

<自己修復ゴム>

切断しても元に戻る自己修復性のゴムの新素材を開発したと2月7日、理化学研究所などのグループが発表しました。切断面を軽く合わせるだけで数分後には完全に切断した所が元どおりにつながるだけでなく、傷もほぼ消えるということです。この材料で作られた袋に穴をあけても自然に塞がるのだそうです。

『なんでくっ付くの?』

周りにあるすべての素材(紙、木、プラスチックや金属など)がその形を維持しているのは、素材の性質を持つ最小単位である分子の間で引き合う力があるからなのです。ところが、折ったり、切ったりして機械的に切り離されたもの、例えば割った茶碗のかけらを力一杯押し当ててもくっ付かないのは皆さん経験していますよね。それは分子同士が引き合う距離まで機械的に近づけることが出来ないからなのです。今回開発された材料が元に戻る仕組みは、「分子間相互作用」という分子と分子が互いに引き合う物理現象を利用しているのですが、特殊な触媒を使うことで離れた分子同士をねらいどおりに引き合う分子の合成に成功したのです。それで切断面の分子と分子を近づけると再びつながる素材が開発されたのだそうです。
 開発された素材の特徴は光や熱など外からエネルギーを加えるといった条件が不要で、水や酸、アルカリ性水溶液中でも自己修復性能や形状記憶性能を示す新しい材料なのです。これからの活用が期待されています。

『他にはどんな物があるの?』

大阪大学原田教授の開発した自己修復性タフポリマーと呼ばれる樹脂、東京大学の研究グループが発表した「割れてもすぐに直るガラス」など研究開発が進んでいるそうです。

<マイクロプラスティック>

英国エクセター大学などの研究グループが1月31日、英国の海岸に打ち上げられたクジラ、イルカやアザラシなど10種類の哺乳類合計50頭の調査結果を英国の科学雑誌に発表しました。クジラが大きな口を開けて小さなオキアミを海水と一緒に吸い込んで食べるのを見たことがあるでしょう。その中にゴミがあれば一緒に飲み込んでしまうのでしょうね。
 50頭すべての消化器官から合計273個のプラスティックが見つかり、その90%以上にあたる261個は5mm以下の“マイクロプラスティック”だったそうです。その大半が漁網や衣服に使用される化学繊維で84%、残りの16%は容器やペットボトルの断片だったそうです。“マイクロプラスティック”が直接死因に関係しているかは判らないものの、今後はどの様な影響があるかを研究していくそうです。

『マイクロプラスティックって何?』

大きさが5mm以下の微細なプラスティックのことで、海に流出したレジ袋や発泡スチロール箱、ペットボトルなどのゴミが紫外線や波の力などで細かく砕かれたものです。

『海洋ゴミの広がりは?』

西表島の世界自然遺産登録に対し、住民の41%が反対している理由に、これ以上ゴミが増えたら環境が破壊されるとの危惧(きぐ)があるからなのだそうです。実際、海岸には中国や朝鮮半島など東アジアからの漂着ゴミがボランティアの努力にもかかわらず堆積し続けている現状があります。
 年間約800万トン(環境省資料)と言われている海洋投棄プラスティックが、このまま削減対策をとらないで海洋流出が続いた場合、日本周辺を含む北太平洋中央部の海域で“マイクロプラスティック”の浮遊量が約50年後の2066年には現在の4倍になるとの論文が本年1月24日、英国科学雑誌「ネイチャーコミュニケーションズ」に発表されました。九州大学や東京海洋大学などの研究グループからの論文です。
 研究グループは2016年東京海洋大学の海鷹丸で南極から東京までの太平洋で測定したデータや米国側東太平洋のマイクロプラスティック浮遊量を使い、潮流などで拡散する計算モデルを作成し予測したもので、今後の削減対策の基礎資料として活用することを期待しているとのことです。

『地球に優しい動き?』

深刻な海洋汚染の原因となっているプラスティック削減運動に賛同し、昨年からマクドナルドやスターバックスコーヒーといった外資大手外食チェーンなどで、使い捨てのプラスティック製ストローの使用を廃止する動きが広がっていますね。国レベルでは英国がストローの販売を禁じる方針などを表明しています。
 一方、自然に戻って無害になる「バイオプラスティック」を普及促進する動きもあります。その一つは自然界の微生物によって分解され、最終的に水と二酸化炭素に分解される「生分解性プラスティック」。
 代表的な利用方法は農作物の保護のために畑の表面を覆うシートとして使われ、使い終われば畑にすきこんでしまえる優れものです。もう一つは再生可能な植物由来の材料で作られた「バイオマスプラスティック」。もともと自然界の材料を加工して作るので燃やして出た二酸化炭素は「排出ゼロ」とカウントされます。ただ、全世界で使われる約4億トンに対し、バイオプラスティックの生産量は世界で約200万トンなのだそうです。普及しないのは生産コストが高いからなのだそうです。
 この問題も温暖化ガス削減問題同様世界中の人が一丸となって解決すべき課題ですね。

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